Đồ án môn học Trang 1 Chưng luyện liên tục
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 2
I- TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM 2
II- GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP CHƯNG VÀ THÁP ĐỆM 3
III-THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 4
CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 6
A - CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG: 6
I - CÂN BẰNG VẬT LIỆU 6
II - XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ 8
III - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 10
B - THÔNG SỐ CHÍNH CỦA THÁP: 15
I - ĐƯỜNG KÍNH THÁP 15
II - CHIỀU CAO THÁP 21
III - TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP 24
CHƯƠNG III : TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 26
I - CHỌN VẬT LIỆU 26
II - CHIỀU DÀY THÂN THÁP 25
III - TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 27
IV - BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 28
V - TÍNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN 29
VI - MẶT BÍCH 30
VII - KÍCH THƯỚC ĐĨA PHÂN PHỐI VÀ LƯỚI ĐỠ ĐỆM 32
VIII- CỬA NỐI THIẾT BỊ VỚI ỐNG DẪN 32
IX - TAI TREO VÀ CHÂN ĐỠ 33
CHƯƠNG IV : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 35
I- TÍNH THIẾT BỊ ĐUN SÔI HỖN HỢP ĐẦU 35
II - TÍNH VÀ CHỌN BƠM 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO 44
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý

Về ứng dụng: Axêtôn là dung môi hoà tan nhiều hợp chất hữu cơ như: tơ axêtat, nitro
xenlulô, nhựa focmandehit, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng .Nó là nguyên
liệu để sản xuất thuỷ tinh hữu cơ và có thể tổng hợp xêten sunfonat.
2. Benzen:
Benzen là hợp chất vòng thơm, đó là một chất lỏng không màu, có mùi thơm đặc trưng,
nhẹ hơn nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ đồng thời là một dung môi tốt cho
nhiều chất như Iôt (I
2
), lưu huỳnh (S), chất béo...,t
0
s
= 80,1
0
C ở 1 at, đông đặc ở t
0
đ
=5,5
0
C,
tỷ khối d
20
4
= 0,879.
Về mặt hóa học, Benzen là một hợp chất vòng bền vững, tương đối dễ tham gia phản
ứng thế, khó tham gia các phản ứng cộng, OXH. Đặc tính hóa học này gọi là tính thơm.
Về ứng dụng : dùng điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm, dược
phẩm..., Clobenzen là dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu) Stiren
(monome để tổng hợp chất dẻo) và nhiều sản phẩm quan trọng khác... Benzen còn được
dùng làm dung môi...
Nguồn cung cấp Benzen cho công nghiệp là nhựa chưng cất, than đá, hexan và toluen

các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hay hòa tan hoàn toàn vào nhau. Về
thực chất đây là quá trình chưng nhiều lần để thu được sản phẩm tinh khiết.
Người ta đơn giản hệ thống bằng cách thay cả hệ thống sơ đồ thiết bị phải chế tạo phức
tạp và cồng kềnh bởi một tháp gọi là tháp chưng luyện. Trong đó các dòng pha chuyển
động ngược chiều nhau.
Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và các hỗn
hợp có nhiệt độ sôi quá cao.
Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường.
Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loại tháp làm việc liên tục hay gián
đoạn. Có hai loại thiết bị tháp là tháp đệm và tháp đĩa. Trong đó :
Tháp đệm
Tháp đệm là một tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.
Trong tháp người ta đổ đầy đệm, tháp đệm được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hóa
học để hấp thụ, chưng luyện, làm lạnh. Ở đây sử dụng tháp đệm để chưng cất hỗn hợp
Benzen ,Axêtôn.
Tháp đệm có thể làm việc ở áp suất thường, áp suất chân không, làm việc liên tục hoặc
gián đoạn. Cấu tạo kích thước đệm tuỳ thuộc chế độ làm việc và yêu cầu độ tinh khiết của
sản phẩm.
Nhưng nó cũng có hạn chế là khó làm ướt đều đệm. Nếu tháp quá cao thì phân phối chất
lỏng không đồng đều. Để khắc phục, chia đệm thành nhiều tầng có đặt thêm đĩa phân phối
chất lỏng đối với mỗi tầng.
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý
Đồ án môn học Trang 4 Chưng luyện liên tục
III. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
1. Sơ đồ công nghệ:
Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tổng quát gồm có :
- (1) : Tháp chưng luyện gồm có 2 phần : phần trên gồm từ trên đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh
gọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng.
- (2) : Thiết bị đun nóng dùng để đun nóng hỗn hợp đầu. Sử dụng thiết bị loại ống chùm,
dùng hơi nước bão hoà để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ

đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà. Ra khỏi thiết bị đun nóng, dung dịch đi
vào tháp chưng luyện (1) ở vị trí đĩa tiếp liệu. Do đã dược đun nóng đến nhiệt độ sôi nên
tại đây Axetôn thực hiện quá trình chuyển khối từ pha lỏng sang pha hơi và tiến về đỉnh
tháp. Benzen là cấu tử khó bay hơi ở nhiệt độ này nó vẫn đang ở thể lỏng và phân phối
xuống dưới. Như vậy trong tháp, hơi Axetôn đi từ dưới lên gặp lỏng Benzen đi từ trên
xuống. Vì nhiệt độ càng lên càng thấp nên khi hơi Axetôn đi từ dưới lên có mang theo một
phần cấu tử Benzen, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh ta
thu được hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử Axetôn dễ bay hơi. Hơi Axetôn vào thiết bị ngưng tụ
(5) được ngưng tụ lại. Một phần chất lỏng ngưng đi qua thiết bị làm lạnh (6) đến nhiệt độ
cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (7). Một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên
cùng để tăng mức độ tách.
Tương tự quá trình dịch chuyển của Benzen sẽ kéo theo 1 phần cấu tử Axeton và càng
xuống thấp nhiệt độ của tháp càng tăng khi chất lỏng Benzen đi từ trên xuống gặp hơi
Axeton có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó
nồng độ Benzen khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng ở đáy tháp ta thu
được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là chất lỏng Benzen khó bay hơi. Chất lỏng ở đáy tháp khi
ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đưa vào thùng chứa sản phẩm (8). Để tiết kiệm hơi đốt
người ta có thể dùng hơi ở đỉnh tháp để đun nóng hỗn hợp ban đầu.
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý
Đồ án môn học Trang 5 Chưng luyện liên tục
CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH
A. CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG :
I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU :
1. Thông số ban đầu :
Gọi F : lưu lượng hỗn hợp đầu, kg/h, kmol/h
P

: lưu lượng sản phẩm đỉnh, kg/h, kmol/h
W : lưu lượng sản phẩm đáy, kg/h, kmol/h
a

Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử nhẹ:
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý
Đồ án môn học Trang 6 Chưng luyện liên tục
F a
F
= P a
P
+ Wa
W
(2)
Từ (1) và (2) suy ra:

)/(74,1308
2,45,95
2,45,40
.67,3291 hkg
aa
aa
FP
WP
WF
=
−
−
=
−
−
=⇒
Từ (1) suy ra : W = F - P = 3291,67 - 1308,74 = 1982,93(kg/h)
Tính nồng độ phần mol của cấu tử Axêtôn:

x
(phần mol) = 47,8 (%mol)
♦ Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh:
966,0
78
955,01
58
955,0
58
955,0
1
=
−
+
=
−
+
=
B
P
A
p
A
P
P
M
a
M
a
M

a
M
a
x
(phần mol) = 5,6 (%mol)
Tính khối lượng mol trung bình:
- Trong hỗn hợp đầu:
M
F
= x
F
M
A
+ (1- x
F
)M
B
= 0,478. 58 + (1- 0,478). 78 = 68,44(kg/kmol)
- Trong sản phẩm đỉnh:
M
P
= x
P
M
A
+ (1- x
P
)M
B
= 0,966. 58 + (1- 0,966). 78 = 56,34 (kg/kmol)

P
aa
F
−
=
−
=
−
Đồ án môn học Trang 7 Chưng luyện liên tục
Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cẩu tử ở áp suất 760
mmHg (%mol) (bảng IX.2a/146.II)
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 14 24,3 40 51,2 59,4 65,5 73 79,5 86,3 93,2 100
t
0
80,1 78,3 76,4 72,8 69,6 66,7 64,3 62,4 60,7 59,6 58,8 56,1

Bằng phương pháp nội suy ta tính được y
F
, y
P
, y
W
, t
0
s
như bảng sau:
Sản phẩm x (%mol) Phần mol y (%mol) Phần mol t sôi
F 47,8 0,478 64,2 0,642 64,8
P 96,6 0,966 97,7 0,977 57,0

II - XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ :
1. Xác định chỉ số hồi lưu Rx
min
:
976,1
478,0642,0
642,0966,0
*
*
min
=
−
−
=
−
−
=
F
F
F
P
X
xy
yx
R
Với x
P
_nồng độ phần mol của Axêtôn trong pha lỏng ở sản phẩm đỉnh .
x
F

1
+
=
X
P
R
x
B
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý
Đồ án môn học Trang 8 Chưng luyện liên tục
Đồ thị xác định số bậc thay đổi nồng độ lý thuyết
Dựa vào đồ thị ta có kết qủa sau:
b 1,2 1,4 1,6 1,75 1,8 1,85 2 2,2
Rx 2,3712 2,7664 3,1616 3,458 3,5568 3,6556 3,952 4,3472
B 28,65 25,65 23,2 21,67 21,2 20,75 20,1 18,06
Nt 23,2 19,8 17,4 15,8 15,5 15,2 14,6 13,6
Nt(Rx+1) 78,2 74,6 72,41 70,44 70,63 71,2 72,44 72,72
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý
Đồ án môn học Trang 9 Chưng luyện liên tục
Từ bảng bên tìm được giá trị N
l
(R
x
+ 1) nhỏ nhất tại R
x
= 3,458 ứng với b= 1,75.
Vậy ta tính được chỉ số hồi lưu thích hợp Rx = 3,458.
Số ngăn lý thuyết của tháp chưng là : 15,8
Số ngăn lý thuyết đoạn luyện là : 11,8
Số ngăn lý thuyết đoạn chưng là: 4

D2
: nhiệt lượng cần đun nóng sản phẩm đáy, J/h
Q
W
: nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra, J/h
Q
xq2
: nhiệt lượng mất mát trong tháp chưng luyện, J/h
Q
ng1
: nhiệt do nước ngưng mang ra ở thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu, J/h
Q
ng2
: nhiệt do nước ngưng mang ra ở thiết bị đun sôi sản phẩm đáy, J/h
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý
H
2
O
H
2
O
H
2
O
H
2
O
Q
y
Q

+ Q
xq1
+ Q
ng1

a) Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q
D1
Q
D1
=D
1
1
λ
= D
1
(r
1
+ t
1
C
1
) (J/h)
Với : D
1
: lượng hơi đốt mang vào (kg/h)
1
λ
: hàm nhiệt của hơi nước (J/kg)
r
1

F
: Nồng độ phần khối lượng của hỗn hợp đầu
C
A
, C
B
: Nhiệt dung dung riêng của Axêtôn và Benzen ở 25
o
C
(J/kg.độ)
t
f
: Nhiệt đầu của hỗn hợp (lấy bằng nhiệt độ của môi trường bên ngoài
t
f
= 25
o
C)
c) Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra Q
F
Q
F
= F.C
F
t
F

Với C
F
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi ra khỏi thiết bị đun nóng, J/kg.độ

- Q
ng1
) = 5% D
1
r
1
Như vậy lượng hơi nước bão hoà cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi:

1
1
95,0
)(
r
CtCtF
D
ffFF
−
=
, kg/h
♦ F = 3291,67 (kg/h)
♦ Tính nhiệt dung riêng của hổn hợp đầu C
f
ở 25
o
C :
C
f
25
= C
A

=t
s
=
64,8
o
C
C
F
64.8
= C
A
64,8
a
F
+ C
B
64,8
(1- a
F
)
C
A
64,8
= 2320,6 (J/kg.độ)ü
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý
Đồ án môn học Trang 11 Chưng luyện liên tục
C
B
64,8
= 1955,2 (J/kg.độ)

a) Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp :

)/(10.57,4488,6421033291
6
hJFtCQ
FFF
=××==
b) Nhiệt lượng do hơi nước mang vào đáy tháp :

)/)((
2222222
hJtCrDDQ
D
+==
λ
D
2
: lượng hơi nước cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp, kg/h
2
λ
: hàm nhiệt của hơi nước bão hòa, J/kg
t
2
, C
2
: nhiệt độ và nhiệt dung riêng của nước ngưng,
0
C, J/kgđộ
c) Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào :
Q

57
A
a
P
+ C
57
B
(1- a
P
)
C
A
, C
B
: tra bảng I-153/171.I ở nhiệt độ 57
o
C và bằng nội suy ta có:
C
57
A
= 2295,25 (J/kgđộ)
C
57
B
= 1914,25 (J/kgđộ)
=> C
57
R
: hàm nhiệt của Axêtôn và Benzen, J/kg
C
P
: nhiệt dung riêng của hỗn hợp hơi ra khỏi tháp ở nhiệt độ 57
o
C
C
P
= C
R
= 2278 (J/kg.độ) (tính ở trên)
r
P
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở đỉnh tháp tại nhiệt dộ 57
o
C
r
P
= r
A
a’
P
+ r
B
(1- a’
P
)
a’
P
:là nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp

, r
B
: Nhiệt hoá hơi của Axêtôn, Benzen ở 57
o
C. Tra bảng:
I-213/254.I và bằng phương pháp nội suy ta có :
r
A
= 521,675.10
3
J/kg
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý
Đồ án môn học Trang 12 Chưng luyện liên tục
r
B
= 410,25.10
3
J/kg
⇒
)/(10.22,518)969,01(10.25,410969,0.10.675,521
333
kgJr
P
=−+=
Suy ra
d
λ
= r
P
+ C

W
= 78
o
C
C
W
: nhiệt dung riêng sản phẩm đáy được xác định theo công thức :

)1(
787878
WBWAW
aCaCC
−−=
C
A
78
, C
B
78
: nhiệt dung riêng của Axêtôn và Benzen ở 78
o
C. Tra bảng
I-153/171.I và bằng phương pháp nội suy ta có :
C
A
78
= 2363,5 J/kg.độ
C
B
78

Q
xq2
= 0,05D
2
r
2
, J/h
Vậy lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp là :
55,1422
10.226495,0
10).59057,44833,31587,3782(
95,0
3
6
2
2
=
×
−−+
=
−−+
=
r
QQQQ
D
RFWy
(kg/h)
Vậy lượng hơi nước bão hòa cần thiết là:
D = D
1

1
, t
2
: Nhiệt độ vào, ra của nước làm lạnh,
o
C
G
n1
: Lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết

hkg
ttC
rRxP
G
n
n
/,
)(
)1(
12
1
−
+
=⇒

Chọn nhiêt độ vào của nước làm lạnh t
1
=25
o
C và nhiệt độ ra t

= 0,99861 (kcal/kg.độ) = 4180 (J/kg.độ)
Vậy lượng nước làm lạnh :
14,36166
)2545(4180
10.22,518)458,31(74,1308
)(
)1(
3
12
1
=
−×
×+×
=
−
+
=
ttC
rRxP
G
n
n
(kg/h)
4. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh:

)()(
12221
ttCGCttP
nnP
−=

C
P
: nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ, J/kg.độ
C
P
= 2278 (J/kg.độ) (ở phần tính Q
y
)
Lượng nước lạnh tiêu tốn là :

17,1141
)2545(4180
)2557(227874,1308
)(
)(
12
21
2
=
−×
−××
=
−
′
−
′
=
ttC
CttP
G

tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
3
/h)
ω
tb
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
â
n'
2 2
1
1
2 2
g'
1
,y'
1
=y
w
F,x
F
n
G
1
,x
1
=x
F
G'
1

g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
g
đ
: lượng hơi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)
g
đ
= G
R
+G
P
= G
P
(R
X
+1) (IX .92/181.II)
Với G
R
: lượng lỏng hồi lưu , kg/h
G
P
: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h), G
P
= 1308,74 (kg/h)
Rx : chỉ số hồi lưu, Rx = 3,458
= > g
đ
= 1308,74. (3,458+1) = 5834,36 (kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất của đoạn luyện:

- y
1
: nồng độ của cấu tử nhẹ trong pha hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện
- x
1
: hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện
x
1
= x
F
= 0,405 (phần khối lượng )
- G
P
= 1308,74 (kg/h) = 22,23 (kmol/h)
- r
1
: Ẩn hiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện (J/kg)
r
1
= r
A
y
1
+ r
B
(1 - y
1
)
− r
đ

= 108,94. 10
3
.y
1
+404,7. 10
3
Vậy ta có hệ phương trình :







+=
=×=
+=
+=
3
1
3
1
3
11
111
11
10.7,404.10.94,108
10.309049322,51867,5963.
992405,0..
74,1308

molphanklphany
Suy ra lưu lượng hơi trung bình:
)/(75,1)/(52,6312
2
36,583468,6790
2
1
skghkg
gg
g
d
tb
==
+
=
+
=
b/ Tính khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi ở đoạn luyện:
[ ]
)/(
4,22
273)1(
3
11
mkg
T
MyMy
BtbAtb
ytb
−+

T
o
FP
9,333273
2
578,64
273
2
=+
+
=+
+
=
Do đó :

[ ]
)/(291,2
9,3334,22
273.78)762,01(58762,0
3
mkg
ytb
=
×
×−+×
=
ρ
Vậy
)/(36,2755
291,2

: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng trong đoạn luyện
−
21
,
xx
ρρ
: khối lượng riêng trung bình của Axêtôn và Benzene trong pha
lỏng lấy theo nhiệt độ TB (kg/m
3
), t
tb
= 60,9
0
C
)/(785,744
3
9,60
11
mkg
xx
==
ρρ
(bảngI-2/9/I)

)/(055,835
3
9,60
12
mkg
xx

Chọn ω
tb
= 0,8 .ω
,
S
(m/s)
SVTH: Phan Thanh Hải GVHD : ThS. Lê Thị Như Ý